NAND 소자 이해 - 3. 3D NAND 도입 배경

- 2D Cell의 문제점 : 반도체의 크기가 점점 작아짐에 따라 MIMIS 구조를 형성함에 어려움이 생겼다.

 

Pysical Problem

1. AR이 너무 커져서 쌓은 박막이 기울어지는 문제 (~12nm).

2. Scaling Pitch 내 박막 증착이 불가.

 

Logical Problem

1. Cell의 거리가 서로 가까워짐에 따라 Cell끼리 서로 Coupling 하여 간섭을 일으킴.

2. Scaling에 따라 저장 가능한 electron의 개수가 감소하여 control이 어려워짐.

3. Scaling에 따라 oxide의 두께 감소로 electron이 조금만 tunneling해도 쉽게 망가져 leakage current가 발생하고, 이에 따라 floating gate의 전자가 빠져나가 failing이 발생한다. >> nitride Memory로 소재가 바뀌는 계기

 

- 3D NAND의 후보군

1. Simple stacking, Cross-poing Memory : 2D NAND 여러개를 위로 쌓는 방식. 2D층을 그냥 쌓아올리는 것이므로 가격이 비싸진다. 

2. Vertical NAND : 한번에 소자를 쌓고 한번에 뚫는 공정을 통하여 싸게 만들 수 있다. 

 

- Vertical Channel 3D NAND의 종류

1. BiCS

2. TCAT : BiCS와 다르게 Metal을 사용. 현재 표준이다.

 

- 재료 변경 : Floating gate를 metal에서 Si3N4로 바꾸어 다른 Cell과의 Coupling을 막으면서 Leakage current가 작고, Size도 더 작게 만들 수 있다. (Si3N4는 Erase 시에 부도체이므로 carrier가 없어 hole을 따로 주입하여 정보를 지워야 하는데, hole은 전자보다 질량이 3배 커서 더 큰 전압이 필요한 점이 있어 전압 측면에서는 metal에서 이점은 딱히 없다.)

 

>> 결론 : 2D Floating Gate Flash에서 3D 구조의 Vertical String을 사용하며 전하저장은 FG에서 Charge Trap Nitride로 바꾸어 사용한다 (Cell의 면적이 줄어들어 Cost가 감소). 또한 수직 GAA 구조를 사용해 Channel의 지배력을 더 높인다.